Процессы и сигналы: урок по Linux к собеседованию

Процесс это запущенная программа: память, открытые файлы, текущий каталог, переменные окружения и идентификатор PID. У каждого процесса есть родитель (PPID). Первый процесс в системе имеет PID 1, обычно это systemd.

Как рождается процесс: fork и exec

Новый процесс в Linux появляется в два шага:

fork() создаёт копию родителя. Память не копируется сразу: страницы общие до первой записи (copy-on-write).
exec() заменяет программу в этой копии на другую. PID при этом не меняется.

Так работает shell: на команду ls он делает fork, в потомке exec ls, а сам ждёт завершения через wait(). Встроенные команды (cd, export) выполняются без fork, иначе они изменили бы только потомка.

Состояния процесса

В ps и top колонка STAT или S:

R: выполняется или готов к выполнению.
S: спит и ждёт события, его можно прервать сигналом. Так выглядит большинство процессов.
D: непрерываемый сон, обычно ожидание диска или NFS. Сигналы, даже SIGKILL, подождут, пока операция не завершится.
T: остановлен (Ctrl+Z или SIGSTOP).
Z: зомби.

Зомби и сироты

Когда процесс завершается, ядро хранит его код возврата, пока родитель не вызовет wait(). Такой завершённый, но не «прочитанный» процесс и есть зомби. Память он не ест, только запись в таблице процессов. Убить зомби нельзя, он уже мёртв. Лечат родителя: исправляют код, чтобы он ждал детей, или завершают родителя, тогда зомби усыновит PID 1 и приберёт.

Сирота это живой процесс, у которого умер родитель. Его усыновляет PID 1 (или ближайший процесс-«субрипер»). Это нормально.

Сигналы

Сигнал это асинхронное уведомление процессу. Главные:

Сигнал	Номер	Смысл
`SIGHUP`	1	обрыв терминала; демоны часто перечитывают конфиг
`SIGINT`	2	`Ctrl+C`
`SIGQUIT`	3	`Ctrl+\`, завершение с core dump
`SIGKILL`	9	убить немедленно, нельзя перехватить
`SIGTERM`	15	вежливая просьба завершиться, по умолчанию у `kill`
`SIGSTOP`	19	остановить, нельзя перехватить
`SIGCONT`	18	продолжить
`SIGCHLD`	17	у потомка изменилось состояние

Номера указаны для x86_64 и ARM. Правильный порядок остановки: сначала SIGTERM, дать время закрыть соединения и дописать данные, и только потом SIGKILL. kill -9 сразу лишает процесс шанса прибраться: остаются lock-файлы, недописанные данные, незакрытые транзакции.

kill 1234            # SIGTERM
kill -HUP 1234       # перечитать конфиг (если процесс это умеет)
kill -9 1234         # крайняя мера
pkill -f 'node server.js'

Код возврата процесса, убитого сигналом, в shell равен 128 + номер сигнала: 137 для SIGKILL, 143 для SIGTERM. Это пригодится при разборе OOMKilled в Kubernetes.

Смотрим процессы

ps aux                       # все процессы, BSD-стиль
ps -ef --forest              # с родителями и деревом
ps -o pid,ppid,stat,rss,cmd -p 1234
pgrep -a nginx
cat /proc/1234/status        # всё о процессе из ядра
ls -l /proc/1234/fd          # открытые файлы

/proc/<pid> это окно в ядро: cmdline, environ, status (память, состояние, PPID), fd/, limits.

Фон, задачи и отвязка от терминала

cmd & запускает в фоне, jobs показывает задачи, fg %1 и bg %1 переключают.
При закрытии терминала shell рассылает SIGHUP, и фоновые задачи умирают. Спасают nohup cmd &, disown, setsid или tmux/screen.
Для серверов правильный путь не nohup, а юнит systemd: рестарты, логи, лимиты.

Приоритеты

nice от -20 (самый важный) до 19 (самый уступчивый). nice -n 10 backup.sh запускает с пониженным приоритетом, renice меняет на ходу. Повышать приоритет (отрицательный nice) может только root. Для диска есть ionice.

Частые ошибки

Сразу kill -9: процесс не успевает закрыть файлы и соединения.
Пытаться убить зомби. Надо разбираться с родителем.
Путать D и Z. D жив и ждёт ввода-вывода, это признак проблем с диском или сетевой ФС.
Запускать сервис через nohup в продакшене вместо systemd.

Что спросят на собесе

Как создаётся процесс: fork, exec, copy-on-write.
Что такое зомби и как от него избавиться.
Чем SIGTERM отличается от SIGKILL, почему не стоит начинать с kill -9.
Что значат состояния R, S, D, Z.
Почему код выхода 137 и что он говорит.

Процессы и сигналы за 7 минут